Специалисты из Колумбийского университета (США) сконструировали наномеханический резонатор из подвешенного графена.
Резонансная частота колебаний подвешенной графеновой мембраны, собственная масса которой чрезвычайно мала, изменяется при попадании на нее частиц какого-либо вещества, что позволяет использовать такое устройство в качестве датчика массы. «Аналогичными свойствами обладают углеродные нанотрубки, однако у графена есть одно преимущество: форму двумерного «листа» можно изменять произвольно, — говорит ведущий автор работы Джеймс Хоун (James Hone). — Это позволяет нам контролировать характеристики резонаторов».
Схематическое изображение устройства (здесь и далее иллюстрации из журнала Nature Nanotechnology).
Процесс создания резонаторов довольно прост: графен размещался на подложке из кремния и диоксида кремния, затем формировались металлические (золотые) электроды, в слое диоксида кремния вытравливался микроканал глубиной около 100 нм. На такую же глубину вытравливалась площадка под той частью электродов, которая контактировала с графеном (см. рис. выше).
Процесс создания резонаторов довольно прост: графен размещался на подложке из кремния и диоксида кремния, затем формировались металлические (золотые) электроды, в слое диоксида кремния вытравливался микроканал глубиной около 100 нм. На такую же глубину вытравливалась площадка под той частью электродов, которая контактировала с графеном (см. рис. выше).
Устройство управляется с помощью постоянного напряжения Vg, которое позволяет изменять натяжение мембраны и сдвигать резонансную частоту колебаний графенового слоя; для возбуждения колебаний используется напряжение радиочастоты δVg. Результаты экспериментов говорят о том, что резонансная частота колебаний однослойной графеновой мембраны при Vg = -7 В составляет приблизительно 65 МГц.
«Как показали измерения в рабочем режиме, при низких температурах устройство «чувствует» изменение массы графенового слоя приблизительно на 1 зептограмм [10-21 г], что соответствует двум атомам золота, — рассказал г-н Хоун в интервью сайту Nanotechweb.Org. — Мы также выяснили, что отклик устройства имеет более сложный характер, чем ожидалось: вещество, помещенное на графеновую мембрану, изменяет не только ее массу, но и натяжение».
В настоящее время авторы экспериментируют с различными формами мембран и совершенствуют механизм снятия показаний, пытаясь увеличить чувствительность устройства.
Источник: http://science.compulenta.ru/463265/